大功率直流开关电源设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流大功率直流开关电源设计.精品文档.大功率直流开关电源设计 毕业论文 大功率直流开关电源设计 毕业论文 大功率直流开关电源设计0.93 4. 输入过压告警: 437V 5V 5. 输入欠压告警: 320V 5V 6. 输出标称电压: 220VDC 7. 输出电压范围: 176-286VDC 8. 输出纹波电压: ?V o 10mV 9. 输出额定电流: 5A 10. 输出过压保护: 325V 5V 11. 输出欠压保护: 195V 5V 12. 便于生产和维护 在本课题研究的过程中，主要对大功率开关直流电源的工作原理、电路的拓 扑结构和运行模式

2、进行了深入研究，并结合系统的技术参数，确定系统主电路的 拓扑，设计出主电路，即分别设计出滤波、整流、DC-DC 变换器、软启动和保护控 制等部分。下面就对电源主电路的设计进行详细说明。 3.2 主电路组成框图根据需要设计大功率开关电源的技术要求，本文进行了方案的验证与比较， 设计如图 3-1 所示的软开关直流开关电源的主电路框图。虚线以上是主电路，主 电路主要分为输入整流滤波、逆变开关电路、逆变变压器和输出整流滤波；虚线 以下为控制回路，控制回路主要包括信息检测电路、控制和保护单元、监控单元 和辅助电源。 10 青岛理工大学毕业设计 图 3-1 直流开关电源的主电路框图 本电源采用 ZVZCS

3、- PWM 拓扑，原边加箝位二极管，三相交流输入整流后，加 LC 滤波，以提高输入功率因数，主功率管选用 IGBT，控制电路采用 UC3875 移相 控制专用集成芯片，电流电压双闭环控制。具体设计主电路如图 3-2 所示，包括 三个部分:(1) 输入整流滤波电路；(2) 单相逆变桥；(3) 输出整流滤波电路. 3.2.1 输入整流滤波电路 三相交流电经电源内部 EMI 滤波后， 加到整流滤波模块。 EMI 滤波器的作用是 滤除功率管开关产生的电压电流尖峰和毛刺，减小电源内部对电网的干扰，同时 又能减小其他用电设备通过电网传向电源的干扰。 滤波电路采用 LC 滤波， 电感的 作用是拓开电流导通时

4、间，限制电流峰值，可以提高电源的输入功率因数。滤波 电容采用四个电解电容，两个串联后并联使用，满足三相整流后的高压要求。电 阻 R1、R2 是平衡串联电容上的电压，高频电容与电解电容并联使用，滤除高频谐 波，弥补电解电容高频特性差的缺陷。 图 3-2 电源主电路结构 11 青岛理工大学毕业设计 3.2.2 单相逆变桥 单相逆变桥采用 IGBT，以满足高压、高功率的要求。无感电容(C7、C8)并联 在两桥臂之间，降低两桥臂之间电压尖峰的干扰，谐波电感 L r ，隔直电容 C15 、 C16 、 C17 防止变压器的直流偏磁，原边箝位二极管减轻副边振荡，主变压器起 到原、副边的隔离、耦合作用，原、

5、副边各一副绕组，以满足副边采用全桥整流 的要求，原边加交流互感器，检测原边电流作保护用。 3.2.3 输出整流滤波电路 采用全桥整流满足高压的要求，高频滤波电感 L f ，电解电容(E5、E6、E7)， 高频电容( C18 ， C 21 )滤除高频谐波分量，共模电感( L 2 )，Y 电容( C19 、 C 20 )， 抑制共模分量，电流采样电阻 R 3 R 5 ，输出二极管 D14，防止电池电流反灌。 3.3 输入整流滤波电路设计该电源的输入整流滤波电路同一般大功率 PWM 型开关电源的输入整流滤波电 路相似。主要包括两部分组成:整流桥和输入滤波电路。 3.3.1 整流桥 工作频率为 50H

6、z，输入为三相交流电压 380V，采用三相整流桥。 (1) 整流桥的耐压: 考虑最大输入电压 U in.max = U in 1.2=3801.2=456V 整流二极管的峰值电压为 U in.max 2 =380(120%) 2 =640V 取 50%的裕量 640(1+50%)=960V 根据整流桥的实际电压等级，我们选择整流桥的耐压为 1200V (2) 整流桥的额定电流 因为电源的输入功率随效率变化，所以应取电源效率最差时的数值。 在此，我们按一般开关电源的效率取值，取效率为 80% 电源的输入功率: P= P n =2205/0.8=1375W 因最大输入电流是在交流输入电压下限时，所

7、以， U in.max =380V80%=304V, 12 青岛理工大学毕业设计 最大输入线电流: I in.max = 1375 =2.61A U in.min ? 3 304? 3 Pm = 取整流桥的额定电流为 10A 。 3.3.2 输入整流电容 输入电容器 Cm 决定于输出保持时间和直流输入电压的纹波电压的大小， 而且 要在计算流入电容器的纹波电流是否完全达到电容器的容许值的基础上进行设 计。E 为电网电压最低时输入三相桥式整流电路的输出平均电压: E= 其中 Ea 为交流输入线电压。 简易公式 E= 1.35380(120%)= 410V 通过直流输入电路的平均电流 I ave ，

8、为: 1375 P =3.35A I ave = m = E 410 3? 2 =Ea 计算单相全波整流电路滤波电容的经验公式为: Cm=400600 I ave 由于三相全波整流电路的基波频率为单向电路的 3 倍，因此计算三相电路滤波电 路的公式为: Cm=133200 I ave 所以， Cm= 2003.35= 670uF 根据计算结果，在实际电路中，我们选用 1O00 uF/4OOV 的电解电容 4 只两两 串联后再并联组成滤波电容组。 3.3.3 输入滤波电感 电感中最大电流为交流输入电压下限时通过直流输入电路的平均电流 I ave =3.35A 理论上输入滤波电感越大，电流脉动越小

9、，输入功率因素越高，但受体积重 量和价格的限制，并根据绕制厂家的现有工艺水平，选用 C1532l05 硅钢片铁 心，线径为 1.6 毫米，电感量为 18mH 的工频电感。电感量的确定较难精确计算， 可通过实验确定。 13 青岛理工大学毕业设计 3.4 逆变电路的设计 3.4.1 功率转换电路的选择 根据第二章的分析可知，该电源属于大功率电源，采用全桥式功率转换电路. 3.4.2 确定电路工作频率 f 考虑到开关管的参数、控制电路及主电路的特性等因素，选取开关桥的工作 频率为 30KHz。 3.4.3 高频变压器的计算 (1) 选择工作磁通密度 B 磁芯选用 MX0-200 铁氧体材料。选取工作磁通密度 B=